一种可变拓扑多关节协同随动机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种可变拓扑多关节协同随动机器人，属于机器人领域，解决了现有技术中的机械手臂不能实现与人的同步动作和实时控制，灵活性和可操作性低，而仿人机器人仅能模仿人的部分动作，不能搬运重物的问题。本发明专利技术的拟人仿生执行机构具有16个关节及2个机械手爪，具有头部、腰部、左臂、右臂、左手、右手的拟人仿生执行机构，且头部安装摄像头具有拟人视角，机器人可以复制人的动作完成作业任务。本发明专利技术的拟人仿生执行机构在随动操控条件下可以精确执行出人的动作姿态，实现了远程操控下机器人与人的协同随动以及人对机器人的同步操纵，使机器人代替人在危险环境作业。

A Variable Topology Multi-Joint Cooperative Servo Robot

【技术实现步骤摘要】
一种可变拓扑多关节协同随动机器人
本专利技术涉及遥控机器人领域，尤其涉及一种可变拓扑多关节协同随动机器人。
技术介绍
排爆机器人是排爆人员用于处置或销毁爆炸可疑物的专用器材，避免不必要的人员伤亡。主要用于代替排爆人员搬运、转移爆炸可疑物品及其它有害危险品；代替排爆人员使用爆炸物销毁器销毁炸弹等危险物品。现有的排爆机器人，虽然可以远程遥控操控，但是仅能完成固定动作，执行任务是的灵活性低。无法执行与人体动作相同的操作，能解决的实际问题有限。现有的六自由度机械手臂，无法在保持末端机构的三维位置不变的情况下从一个构型变换到另一个构型。因此，现有的六轴工业机器人在完成焊接作业时，即使在同一个位置焊接的时候，也会一会儿整个扭到这边，一会儿整个扭到那边，看起来非常酷炫的样子。事实上这么做的原因是，虽然焊接只是想改变末端机构的朝向，而不改变末端机构的位置，但是由于其结构运动原理的限制，末端机构必须要往后退一些，然后改变整体姿态。现有的六轴机械臂的运动原理与人体手臂动作原理不同，因此，无法实现与人体手臂的全部动作。且现有机械臂仅能实现预先编程设定好的动作指令，无法实现人的实时控制和与人的动作同步。现有仿人型机器人多用于表演、展出等，其平衡能力和负载能力都比较差，不适用于现场路况和环境都更复杂的排爆作业，也无法完成搬运危险品的任务。因此，需要一种机器人能实现与人体的同步协作，同时具有良好的负载能力。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种可变拓扑多关节协同随动机器人，用以解决现有的机器人产品不能实现机器人与人体的同步动作，不能搬运重物的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种可变拓扑多关节协同随动机器人，包括：拟人仿生执行机构、行进机构和操控系统；拟人仿生执行机构包括：头部、颈部、躯干、左臂、右臂、腰部和机械手爪；拟人仿生执行机构用于复制操控人员的动作代替人进行实地操作；拟人仿生执行机构通过腰部与行进机构转动连接；左臂、右臂均为六自由度机械臂；左臂、右臂各关节能够与人体关节一致的运动学特性进行动作；头部关节上设置有3D摄像头和麦克风；摄像头和麦克风用于向操控系统传输视频和音频信息；操控系统用于采集操控人员动作信息并传递给所述拟人仿生执行机构执行。具体地，头部与躯干之间通过颈部连接；头部沿自身轴向的转动通过第一关节驱动；第一关节用于实现低头抬头的动作；颈部与躯干之间通过第二关节连接；第二关节用于实现头部左右旋转。具体地，左臂包括：左肩部、左上臂、左下臂、左腕部；左肩部与躯干之间通过第三关节连接，第三关节用于实现左臂抬起放下动作；左肩部与左上臂之间通过第四关节连接，第四关节用于实现左臂外展动作；左上臂与左下臂通过第六关节连接，第六关节用于实现左臂小臂抬起放下动作；左上臂与所述左手肘之间通过第五关节连接，第五关节用于实现左臂小臂围绕上臂轴线的旋转运动；左下臂与左腕部通过第七关节连接，第七关节用于实现左臂小臂沿自身长度轴线方向旋转运动；左腕部内设置第八关节，第八关节用于实现左腕部沿自身轴线的旋转。具体地，右臂包括：右肩部、右上臂、右下臂、右腕部；右臂与左臂的结构与组成相同，右臂与左臂沿机器人主体对称设置。具体地，左腕部通过第八关节连接左机械手爪；右腕部通过第十四关节连接右机械手爪；左机械手爪内部设置有第十七关节，第十七关节用于实现左臂机械手爪的张开闭合运动；具体地，右机械手爪内部设置第十八关节，第十八关节用于实现右臂机械手爪的张开闭合运动。具体地，左机械手爪及右机械手爪上部均安装有摄像头。具体地，行进机构为履带车；行进机构上设置有安装底座；腰部通过第十五关节与躯干连接，第十五关节用于实现腰部左右旋转运动；腰部通过第十六关节与安装底座转动连接，第十六关节用于实现腰部前后俯仰运动。另外，至少一个关节设置有电磁制动器，所述电磁制动器用于在所述协同随动机器人失去电力的条件下实现关节的制动。具体地，操控系统设置有音频视频输出系统和动作捕捉系统。具体地，音频视频输出设备为VR眼镜或显示屏，用于提供操作现场实景；动作捕捉系统用于收集操控人员动作信息并传递给所述拟人仿生执行机构执行人体同步动作。采用上述方案的有益效果是：1、增强现实、结合人体随动。本专利技术的拓扑多关节随动执行机构具有与人体手臂运动模式相同的机械臂，肩部设置两个转动关节实现手臂的前后摆臂和左右伸展贴合，大臂与小臂之间设置两个转动关节实现小臂的伸展弯曲和左右转动，小臂与腕部连接处设置两个关节实现手部的左右转动及沿小臂轴线的旋转，可以实现机械臂与人体手臂的动作一致，使机械臂可以完全复制人体动作。拟人仿生执行机构头部的摄像头可以获取现场信息传递给操控人员，且操控系统能够捕捉人体动作并控制拟人仿生执行机构执行相同的动作，使操控人员能够在执行搜排爆任务时实现对机器人的实时同步操控，具有更好的操控性能。2、良好的负载能力。本专利技术的第十五、十六号关节为腰部关节，可以完成弯腰、转体动作。同时腰部23与安装底座连接，腰部23具有负载能力。现有的仿人型机器人多用于表演，无法搬运物品，更不能完成搜排爆的任务，本专利技术的机器人有腰部支撑可以搬运重物，代替人的劳动，亦可以完成精确的搜、排爆任务。3、可搭载使用各类工具。本专利技术的机械臂可以适配不同种类的夹持器，根据作业需求安装不同种类的夹持器，夹持器作为人手执行人的手部动作，可以实现夹持、抓取等多种与人类相同的精确动作，适应不同应用场景的不同操作需要，高效操控执行复杂搜、排爆任务。4、远距离音频视频传输摄像头和麦克风可以收集现场信息传递给操控人员，提供拟人视角使操控人员能够远距离获知机器人的工作环境。操控人员通过佩戴VR眼镜或者观看屏幕即可直观感受到工作现场的环境，并通过操控系统实现远程操作。5、行走机构为履带式小车。本专利技术的协同随动操控机构底部安装履带式行走机构，履带式行走机构可以实现前进、后退、转向等动作，且履带式行走机构可以适应复杂路况，行走灵活且稳定性高。专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术的协同随动机器人的零点姿态主视图；图2为本专利技术的协同随动机器人的零点姿态侧视图；图3为本专利技术的协同随动机器人的零点姿态俯视图。附图标记：1-第一关节；2-第二关节；3-第三关节；4-第四关节；5-第五关节；6-第六关节；7-第七关节；8-第八关节；9-第九关节；10-第十关节；11-第十一关节；12-第十二关节；13-第十三关节；14-第十四关节；15-第十五关节；16-第十六关节；17-第十七关节；18-第十八关节；19-安装底座；20-头部；21-颈部；22-躯干；23-腰部；24-行进机构。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的一个具体实施例，公开了一种可变拓扑多关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变拓扑多关节协同随动机器人，其特征在于，包括：拟人仿生执行机构、行进机构(24)和操控系统；所述拟人仿生执行机构包括：头部(20)、颈部(21)、躯干(22)、左臂、右臂、腰部(23)和机械手爪；所述拟人仿生执行机构用于复制操控人员的动作代替人进行实地操作；所述拟人仿生执行机构通过腰部(23)与行进机构(24)转动连接；所述左臂、右臂均为六自由度机械臂；所述左臂、右臂各关节能够与人体关节一致的运动学特性进行动作；所述头部(20)关节上设置有3D摄像头和麦克风；所述摄像头和麦克风用于向操控系统传输视频和音频信息；所述操控系统用于采集操控人员动作信息并传递给所述拟人仿生执行机构执行。

【技术特征摘要】
1.一种可变拓扑多关节协同随动机器人，其特征在于，包括：拟人仿生执行机构、行进机构(24)和操控系统；所述拟人仿生执行机构包括：头部(20)、颈部(21)、躯干(22)、左臂、右臂、腰部(23)和机械手爪；所述拟人仿生执行机构用于复制操控人员的动作代替人进行实地操作；所述拟人仿生执行机构通过腰部(23)与行进机构(24)转动连接；所述左臂、右臂均为六自由度机械臂；所述左臂、右臂各关节能够与人体关节一致的运动学特性进行动作；所述头部(20)关节上设置有3D摄像头和麦克风；所述摄像头和麦克风用于向操控系统传输视频和音频信息；所述操控系统用于采集操控人员动作信息并传递给所述拟人仿生执行机构执行。2.根据权利要求1所述的可变拓扑多关节协同随动机器人，其特征在于，所述头部(20)与所述躯干(22)之间通过颈部(21)连接；所述头部(20)沿自身轴向的转动通过第一关节(1)驱动；所述第一关节(1)用于实现低头抬头的动作；所述颈部(21)与所述躯干(22)之间通过第二关节(2)连接；所述第二关节(2)用于实现头部左右旋转。3.根据权利要求2所述的可变拓扑多关节协同随动机器人，其特征在于，所述左臂包括：左肩部、左上臂、左下臂、左腕部；所述左肩部与所述躯干(22)之间通过第三关节(3)连接，所述第三关节(3)用于实现左臂抬起放下动作；所述左肩部与所述左上臂之间通过第四关节(4)连接，所述第四关节(4)用于实现左臂外展动作；所述左上臂与所述左下臂通过第六关节(6)连接，所述第六关节(6)用于实现左臂小臂抬起放下动作；所述左上臂与所述左手肘之间通过第五关节(5)连接，所述第五关节(5)用于实现左臂小臂围绕上臂轴线的旋转运动；所述左下臂与所述左腕部通过第七关节(7)连接，所述第七关节(7)用于实现左臂小臂沿自身长度轴线方向旋转运动；所述左腕部内设置第八关节(8)，所述第八关...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，杨子健，郝长岭，李慧娟，唐侃，周砚，王昱天，
申请(专利权)人：航天时代电子技术股份有限公司，北京航天创新专利投资中心有限合伙，
类型：发明
国别省市：北京,11